文摘：對于制冷壓力容器異型件的設(shè)計，傳統(tǒng)的設(shè)計方法往往無法解決。通過有限元分析方法或驗證性試驗的有效結(jié)合，可以方便有效地完成異形件的設(shè)計，并給出了具體的應(yīng)用方法。實例表明，兩種設(shè)計方法的結(jié)合縮短了設(shè)計周期，降低了設(shè)計成本。對從事制冷壓力容器行業(yè)的設(shè)計人員具有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：制冷壓力容器；驗證性試驗；異形件；有限元分析

中電通th49號文件標(biāo)識碼甲條2095-6363（2016）06-0211-02

經(jīng)過多年的設(shè)計實踐，總結(jié)出一套合理有效的設(shè)計思路。通過上述兩種設(shè)計方法的有效結(jié)合，在保證零件安全性能的基礎(chǔ)上，避免了單獨使用上述兩種設(shè)計方法的局限性和缺點。具體思路是通過有限元分析法確定初始靶厚，然后根據(jù)初始靶厚制作驗證性實驗樣品，再利用驗證性實驗方法進(jìn)行設(shè)計驗證，得到準(zhǔn)確的小靶厚。本文以制冷壓力容器領(lǐng)域中冷凝器的特殊形狀部件dn550頂蓋（如圖1所示）為例，采用有限元分析方法和基于SolidWorks仿真的驗證性試驗方法相結(jié)合，成功地確定了頂蓋的小厚度。

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，有限元分析是一種計算方法，是求解一系列場問題偏微分方程的數(shù)值方法。目前，有限元分析方法已廣泛應(yīng)用于機械工程領(lǐng)域。適用于各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力分析、應(yīng)變分析、位移分析和疲勞分析。

SolidWorks仿真是一個集成在SolidWorks中的基于有限元的分析插件。通過SolidWorks仿真，普通的設(shè)計人員無需經(jīng)過專門的培訓(xùn)就可以進(jìn)行設(shè)計分析，快速得到分析結(jié)果。同時，在設(shè)計仿真的集成界面中方便地對設(shè)計進(jìn)行修改和優(yōu)化，從而大大縮短設(shè)計周期，節(jié)省人力物力，降低設(shè)計成本，提高產(chǎn)品的市場競爭力。

dn550頂蓋設(shè)計參數(shù)見表1。根據(jù)已知的帽頭結(jié)構(gòu)尺寸（如圖1所示）和預(yù)先設(shè)定的厚度尺寸8mm，用SolidWorks繪制帽頭三維模型。

1） 定義新的計算示例：默認(rèn)情況下，計算示例的名稱為“計算示例1”。由于冷凝器運行時頂蓋處于靜態(tài)，因此計算示例類型為“靜態(tài)”。

2） 增加夾具：對24個螺栓孔增加一個“固定幾何”約束，用于模擬頂蓋與凝汽器其他部件的連接狀態(tài)。

3） 生成網(wǎng)格：選擇生成網(wǎng)格，網(wǎng)格因子使用默認(rèn)的中等密度網(wǎng)格。在SolidWorks仿真分析過程中，大多數(shù)情況下采用默認(rèn)的網(wǎng)格設(shè)置，不僅可以使離散化誤差保持在可接受的水平，而且可以使計算時間小化。

執(zhí)行“運行”命令，SolidWorks simulation自動計算并生成von Mises應(yīng)力1、位移1、應(yīng)變1圖。然后對其應(yīng)力和安全系數(shù)進(jìn)行了分析和處理。

一般情況下，預(yù)設(shè)定厚度不是結(jié)果，模型數(shù)據(jù)需要多次修改，需要重復(fù)上述分析過程，直到得到合格的、經(jīng)濟的結(jié)果，才能確定后期驗證實驗所需的目標(biāo)厚度。根據(jù)分析，從有限元分析的角度來看，Q345R材質(zhì)的帽頭小厚度為8mm?？勺鳛橄乱徊津炞C性實驗的靶厚。

根據(jù)上述有限元分析結(jié)果確定的dn550瓶蓋靶厚，制作了驗證實驗樣品。

首先，采用有限元分析方法作為輔助設(shè)計，限度地縮小靶厚范圍，為下一步的驗證性實驗方法提供參考。然后，根據(jù)有限元分析方法確定的靶板厚度，制作驗證性實驗樣品。通過兩種設(shè)計方法的綜合應(yīng)用，終完成了異形件dn550瓶蓋的強度設(shè)計，確定了瓶蓋的小厚度。

這兩種設(shè)計方法的有效結(jié)合，充分利用了彼此的優(yōu)缺點，在修改和操作中充分利用了計算機軟硬件的先進(jìn)性，快速確定了目標(biāo)厚度，為驗證實驗的成功提供了有力的支持。在保證零件安全性能的基礎(chǔ)上，提高了驗證試驗的成功率，縮短了設(shè)計周期，節(jié)約了人力物力，降低了設(shè)計成本。